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南京理工大學泰州科技學院噴漆機器人設計 小臂系統(tǒng)設計 演講人 1緒論 1 1機器人概念機器人 Robot 是自動執(zhí)行工作的機器裝置 它既可以接受人類指揮 又可以運行預先編排的程序 也可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動 它的任務是協(xié)助或取代人類工作的工作 例如生產(chǎn)業(yè) 建筑業(yè) 或是危險的工作 噴涂機器人圖 1 2課題研究的背景和意義 機器人是一門綜合性很強的科學 有著極其廣泛的研究和應用領域 機器人技術是綜合了計算機技術 信息融合技術 機構學 傳感技術 仿生科學以及人工智能等多學科而形成的高新技術 它不僅涉及到線性 非線性 基于多種傳感器信息控制以及實時控制技術 而且還包括復雜機電系統(tǒng)的建模 數(shù)字仿真技術及混合系統(tǒng)的控制研究等方面的技術 1 3國內機器人的研究 我國已在 七五 計劃中把機器人列人國家重點科研規(guī)劃內容 撥巨款在沈陽建立了全國第一個機器人研究示范工程 全面展開了機器人基礎理論與基礎元器件研究 十幾年來 相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運 點焊 弧焊 噴漆 裝配等門類齊全的工業(yè)機器人及水下作業(yè) 軍用和特種機器人 1 4機器人的組成 1 4 1執(zhí)行機構一般機器人的執(zhí)行機構由手部或者叫抓取部分 腕部 臂部 緩沖與定位 還有行走機構組成 1 4 2驅動機構驅動機構主要有液壓驅動 氣動驅動 電動驅動和機械驅動等形式 不過目前還是以液壓和氣動用的最多 1 4 3控制機構機器人的控制方式有點動和連續(xù)控制兩種方式 大多數(shù)是用插銷板進行點位程序控制 也有采用可編程序控制器控制 微型計算機數(shù)字控制 采用凸輪 磁盤磁帶 穿孔卡等記錄程序 主要控制的是坐標位置 并注意其加速度特性 1 5噴漆機器人 噴涂機器人的主要優(yōu)點 1 柔性大 工作范圍大 2 提高噴涂質量和材料使用率 3 易于操作和維護 可離線編程 大大的縮短現(xiàn)場調試時間 4 設備利用率高 噴涂機器人的利用率可達90 95 1 6本課題研究內容 主要任務 1 機器人小臂機構設計 2 機器人小臂受力計算與校核 3 機器人關節(jié)傳動設計 4 重要零件圖及裝配圖繪制 5 伺服電機選型 2機器人總體設計 2 1確定基本技術參數(shù)2 1 1機械結構類型的選擇a 圓柱坐標型b 直角坐標型c 球坐標型d 回轉坐標型e 平面 對以上五種方案進行比較 方案一不能夠完全實現(xiàn)本課題所要求的動作 方案二體積大 靈活性差 方案三結構復雜 方案五無法實現(xiàn)本課題的動作 結合本課題綜合考慮決定采用方案四機器人 此方案所占空間少 工作空間范圍大 動作靈活 工藝操作精度高 2 1 2額定負載2 1 3工作范圍2 1 4操作機的驅動系統(tǒng)設計2 1 5控制系統(tǒng)選擇2 1 6確定機器人手臂的配置形式 2 2機器人手臂材料選擇 機器人手臂材料首先應是結構材料 手臂承受載荷時 不應有變形和斷裂 從力學角度看 即要具有一定的強度 手臂材料應選擇高強度材料 如鋼 鑄鐵 合金鋼等 機器人手臂是運動的 又要具有很好的受控性 因此 要求手臂比較輕 綜合而言 應該優(yōu)先選擇強度大而密度小的材料做手臂 2 3噴漆機器人工作空間的計算 圖2 3噴漆機器人工作空間示意圖 3噴涂機器人小臂結構設計 3 1電動機的選擇3 2小臂部結構設計小臂殼體采用鑄鋁 方形結構 質量輕 強度大 3 3小臂電機及減速器選型 本噴涂機器人小臂部兩個自由度是平面旋轉 若軸承是光滑的 則旋轉所需的靜轉矩比較小 因為將臂伸開呈一條直線時轉動慣量最大 所以在旋轉開始時可產(chǎn)生步進電機的轉矩不足 3 4凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計算3 5軸結構尺寸設計 3 6軸的受力分析及計算 軸的受力分析圖 3 7軸承的壽命校核 小臂系統(tǒng)總裝圖 總結我國機器人的研究和應用起步較晚 但是隨著國內外機器人的快速發(fā)展 社會需求的增大和技術的進步 噴涂機器人得到了迅速的發(fā)展 多品種 少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求 是推動裝噴涂機器人發(fā)展的直接動力 機器人在輕型 較簡單且要求機器人價格較低的噴涂作業(yè)中大顯了身手 本課題正是在這種背景下提出來的 這是一項具有重要意義的課題